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58 技术应用与研究 2020 ・ 17 当代化工研究 Modem Chemiad Remearch 集气站集输管网腐蚀机理及腐蚀监测技术 *刘刚 袁少锋 林海鹏 何晓鹏 （中石油煤层气有限责任公司临汾分公司山西042200） 摘要对于石油工业来说，若要持续的生产以及发展，必须重视腐蚀防护工作.进一步研究如何有效的实施金属腐蚀防护工作，另外， 应严密监测金属腐蚀情况，氏为开展金属腐蚀防护工作的基础.腐蚀监测技术不仅可以带来可观的经济效益，同时还可以在生产安全、环 境保护等方面带来明显的社会效益.本文分析了输气管网常见腐蚀类型，介绍了目前采用的腐蚀监测技术. 关键词致密砂岩；气田开釆；气集输管线；管道损害 中图分类号TE988. 2 文献识别码A Corrosion Mechanism and Corrosion Monitoring Technology of Gas Gathering Pipeline Network Liu Ga n g, Yua n Sh a o fen g, Lin Ha ipen g, He Xia o pen g Lin fen Br a n c h o f Petr o Ch in a Co a l bed Meth a n e Co ., Ltd ., Sh a n xi, 042200 Abstract For the petroleum industry, if we want to continue production and development, we must pay attention to corrosion protection. Further study on how to effectively implement metal corrosion protection work, in addition, the metal corrosion should be closely monitored, which is the basis of metal corrosion protection work. Corrosion monitoring technology can not only bring considerable economic benefits, but also bring obvious social benefits in production safety and environmental protection. This paper analyzes the common corrosion types of gas pipeline network and introduces the corrosion monitoring technology currently used. Key words tight sandstones gas field exploitation gas gathering pipeline pipeline damage 腐蚀是指金属和非金属在周围介质（水、空气、酸、 碱、盐、溶剂等）作用下产生损耗与破坏的过程。据统计， 我国每年因腐蚀造成的直接经济损失以千亿计[1]0 1998年， 因腐蚀造成的损失达到国民生产总值的5,在石油化工行 业，31左右的事故是由腐蚀导致的，因此，腐蚀问题极大 地影响了我国石化工业的发展。引发直接经济损失和间接经 济损失，要花费巨大的人力、物力资源去更换因腐蚀而报废 的石油器材⑵。 在开发初期，天然气管道的腐蚀问题没有引起高度重 视，随着气田开发的逐年增多，因腐蚀而引起的安全问题和 经济损失日渐严重，生产和生活环境也遭到了不同程度的污 染。若在生产过程中，人们能及时掌握设备内部的腐蚀情 况，对已经遭到腐蚀的设备及时维修，这就有效避免了设备 的带病运行，对延长设备寿命、保证安全生产有着积极的促 进作用旳。因此腐蚀监测技术应运而生。腐蚀监测是指为了 了解腐蚀过程以及腐蚀控制效果而对设备的腐蚀进行测量， 并对腐蚀防护提供依据的技术。 1.气田输气管网腐蚀 ⑴腐蚀特征 金属腐蚀通常是制约油气田发展的瓶颈问题。硫化氢 和二氧化碳是众多影响因素中最为常见的有害介质，“酸性 腐蚀”或“甜性腐蚀”通常由这两种介质引起。硫化氢不仅 能破坏金属材料，造成经济损失，其本身的毒性对人身安全 也是一种威胁。硫化氢和二氧化碳只有溶于水才具有腐蚀性 质，而开采出的油气除了含有硫化氢和二氧化碳之外，通常 还含有矿化水，因此，腐蚀的发生是不可避免的。研究表 明，硫化氢或二氧化碳溶液在加入盐类或者酸类以后，其腐 蚀速度会比单一的硫化氢或二氧化碳溶液高出几十倍，甚至 几百倍。而在高温高压下，通常还含有具有很强腐蚀性的硫 类络合物。另外，在对低渗透度地层进行开采的过程中，往 往会进行酸化处理，再加上某些部位的微生物活动，使金属 产生点蚀的同时，还伴有具有很强腐蚀性的硫化氢生成。此 外，在平时的生产作业中，也有可能把空气中的氧带到气 井，从而加速腐蚀进程。 ⑵硫化氢对输气管胸腐蚀 目前我国含硫天然气在全国气产量中占到60,硫化氢 对金属设备的腐蚀事件也日益增多。四川威远气田法兰焊缝 脆裂引起的井口爆炸，以及卧龙河气田井口油管断裂，其原 因均为硫化物应力开裂。磨溪气田由于其天然气中硫化氢含 量为1. 66〜2. 35,其井口油管多次因腐蚀而发生穿孔或者 断裂，其井下管柱产生腐蚀孔洞，严重部位呈现筛状最后断 裂，在试采的前三年时间里更换油管达到数千米，经济损失 巨大（图1）。 图1硫化氢对管道应力腐蚀 通常情况下，管线局部积液区的腐蚀会导致管壁减薄， 导致输气管线发生全面腐蚀或局部腐蚀，从而引发破裂事 故。其中一个典型的案例就是威成管线越溪段的腐蚀破坏事 故。投入生产刚满一年，因为掺杂了含硫化氢的天然气，浓 度较高，甚至能达到60mg/m3,对劈裂后的管线进行修缮， 一年内再次因为腐蚀在相同位置发生了二次破裂。另外，含 当代化工研究 Q Modern Chemical Research ， ，2020 17 技术应用与研究 量不高的硫化氢或者二氧化碳天然气也会使管道发生严重腐 蚀。中坝气田天然气虽然酸性气含量低，但由于产水量大， 且水中C1-含量较高，因此也发生过井口油管断裂，同时油 管柱气水交界区伴有大量孔洞或大组孔洞重叠导致局部减 薄。 ⑶二氧化碳对输气管网腐蚀 一般情况下，干燥的二氧化碳对金属没有腐蚀性，但当 其溶于水之后或者在湿度较高的环境中则会对金属管材产生 严重的腐蚀破坏。二氧化碳腐蚀是指二氧化碳溶于水后对金 属管材造成的破坏。二氧化碳造成的腐蚀能使金属管材的使 用寿命大幅下降，可加速全面腐蚀，导致局部腐蚀，因此， 大量的金属设备存在早期失效问题，形势非常严峻。国内外 由于二氧化碳造成的腐蚀穿孔或者破坏事故多不胜数。由于 未采取二氧化碳腐蚀抑制措施，美国Littl eGr eek油田井口 套管使用不到5个月就腐蚀穿孔。 2.腐蚀监测技术 ⑴失重挂片法 腐蚀系统内放置特定重量的金属试样，进行一定时间的 暴露，再将其取出，继而对其清洗、称重，获取金属试样的 质量变化，据此计算出平均腐蚀速率。基于此方式，取出金 属试样后，能够直观的观测试样表面形态，研究附着于表面 的腐蚀物，分辨腐蚀类型。可以很好的应用于小孔腐蚀等非 均匀腐蚀的研究。现阶段在细菌腐蚀方面，人们取得了较大 的成就，通过失重挂片法，我们可以研究挂片表面的腐蚀产 物，据此研究细菌的腐蚀作用。此法也存在一定的弊端，快 速改变工艺参数时，必会相应的改变金属的腐蚀速度，此法 不能体现。 ⑵电阻法 原理是在腐蚀的影响下，金属试样的横截面积变小， 电阻会相应的变大。在腐蚀介质中存在两类元件，一类不接 触介质，为参考元件，能够补偿温度，避免温度波动干扰测 量结果；另一类裸露在介质中，为测量元件，一般是丝状、 管状或者片状；两者共同构成电阻探针。记录两次检测的时 间间隔、检测数据，即能获取腐蚀速度。若腐蚀活动基本均 匀，则腐蚀程度与金属介质电阻变化存在一定的比例关系。 采用不同灵敏度的元件，就能测定腐蚀速度的改变。近年来 它与计算机技术结合，成为生产装置运转中腐蚀监测的一种 手段。 各种介质的气相、导电性能以及液相各不相同，但均不 影响电阻法的应用；实际测量时，无需清理腐蚀产物，也无 需取出试样，所以，能够持续的、直接的监测生产过程，速 度快，灵敏度好。但是，电阻法仅可以对特定时间内的累计 腐蚀量进行监测，无法获取局部腐蚀情况，也无法获取瞬时 腐蚀速度。同时，“探头元件”的腐蚀情况并不能完全代表 装置金属的腐蚀情况，因此，电阻法存在局限性。电阻法成 本低，操作简单，是最常用的在线腐蚀监测方法，尤其是在 非电解质以及多相体系中。然而，局限在于仅可以对特定时 间内的累计腐蚀量进行测定，无法获取局部腐蚀情况，也无 法获取瞬时腐蚀速度，在一定程度上限制了电阻法的发展。 ⑶电位法 合金以及金属自身的腐蚀电位与其腐蚀状态存在密切 的关联，此监测手段正是以这一联系为基础。电位监测的相 关参数可以借助电位一pH图以及极化曲线获取。如果金属已 经出现了活化一钝化反应，则其腐蚀状态可借助电位明确。 孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂以及某些选择性腐蚀都存在 各自的临界电位，可以用来作为是否产生这些类型腐蚀的依 据。如果已经了解了电位以及腐蚀形态之间的联系，即能够 借助电位测量实现装置腐蚀情况监测的目的。 ⑷超声波测厚法 在化工设备内部腐蚀损伤以及缺陷的检测、管道以及 设备壁厚的检测方面，最常用的就是超声波法。优点是可以 进行单面探测；设备形状很少受到限制；对材料内部的缺陷 检测能力较强；探测速度较快；操作安全。弊端也是显而易 见的，受到仪器自身灵敏性的局限，间隔较短的时间就必须 再次检测，金属的壁厚不会出现显著改变，难以辨别，不易 监测高温区域，准确度不佳，形状繁琐的设备不适用，局部 腐蚀监测不适用。然而，超声波测厚法直观且使用灵活，因 此，这一腐蚀监测方法发展较好，在国内外的化工生产行业 中较为常用。超声波测厚法还能够多次测量运转中的设备， 然而，灵敏度不足，无法对金属的腐蚀速度变化进行跟踪记 录。 ⑸氢监测 针对氢渗入倾向的检测，即为氢监测，针对结构材料， 进一步体现其危险趋势。渗氢破坏类型较多，主要是氢鼓 泡、氢脆、氢致开裂等。化工厂、油井、输油输气管线、炼 油厂等装置均可能存在此问题。氢探针通常是一个金属棒， 心钻中可见一个又深又小的孔。在装置中插入这一氢探针， 氢原子会在其壁上渗过，到达圆形区域，变为氢分子。此圆 形区域设置了一个压力表，可以体现这一区域中氢气的压力 波动情况，通过这一波动速率，会获取材料的腐蚀严重程度 以及对渗氢的敏感性。 另外，基于电化学技术的渗氢监测仪还可以测定渗透 到设备或管线内的氢量。在探针内部装满0. l mo l /L Na OH溶 液，试样是一个簿金属片安装在。探针上，内表面接触Na OH 溶液，外表面接触腐蚀介质。试样外表面腐蚀生成的氢原子 可以通过试样渗入探针内部。在钢和Ni/NiO电极组成的原电 池内，氢将在钢表面氧化成离子。测量原电池电流，该电流 就可以反映监测对象腐蚀的大小。 3结语 在对待腐蚀问题上，不只是要做好金属材料的保护工 作，还应该做好对钢管的监测工作，掌控好集气站腐蚀的状 况，一旦集气站的发生腐蚀情况，就要采取相应的保护措施 和解决腐蚀问题所带来的影响。对腐蚀情况进行总结和分 析，使防腐措施具有更大的合理性，从而更有效、更节省的 完成集气站的防腐工作。 【参考文献】 [1] 石生.天然气集输管道损害因素分析及治理措施探讨[J]. 化工管理, 2019, 29 146. [2] 卢昱帆，陈国伟，许洁.天然气集输管道损害因素分析及治 理措施探讨[J].清洗世界,2019, 35 3 48-49. [3] 许洁，卢昱帆，陈国伟.靖边气田天然气管道腐蚀机理与防 腐工艺探讨[J].清洗世界,2019, 35 2 25-26. 【作者简介】 刘刚 1986-,男，汉，陕西渭南人，工程师，中石油煤层 气有限责任公司临汾分公司；研究方向石油行业地面工程建设和 油气储运工艺管理.